JP3629703B2

JP3629703B2 - Vortex flow meter

Info

Publication number: JP3629703B2
Application number: JP2002003295A
Authority: JP
Inventors: 敏彦岸; 彰夫安松
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003207378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐ノイズ特性が向上された渦流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、特開平３−０２０６１８号（特願平１−０３３２５６号）に示されている。
図９は図８の側面図、図１０は図８の電気回路図、図１１から図１３は図８の動作説明図である。
【０００３】
図において、管路１０は測定流体ＦＬが流れる管路である。
ノズル１１は管路１０に直角に設けられ円筒状をなす。
渦発生体１２は、ノズル１１とは隙間を保って、管路１０に直角に挿入され、台形断面を有し柱状をなす。
【０００４】
渦発生体１２の一端は管路１０に支待され、他端は容器１４を介して、
フランジ部１３でノズルｌｌにネジ或いは溶接により固定されている。
容器１４は、渦発生体１２のフランジ部１３側に設けられている。
【０００５】
この容器１４の中には、その底部から順に、共通電極１５、圧電素子１６、電極板１７、絶縁板１８が、サンドイッチ状に配列され、全属製の押圧棒１９により、これ等は押圧固定されている。
【０００６】
さらに、電極板１７からは、リード線２１が、端子Ａに引き出されている。
圧電素子１６は、紙面に向かって左側と右側とがそれぞれ逆方向に分極されており、同じ方向の応力に対して互いに上下の電極に逆極性の電荷を発生する。
【０００７】
圧電素子１６に発生した電荷は、電極板１７と接続された端子Ａと、共通電極１５を介して接続された管路１０との間に得られる。
圧電素子１６に発生した電荷は、図１０に示すように、チャージアンプ２５に入力され流量信号を得る。
【０００８】
この流量信号は、例えば、電流出力に変換されて、２線を介して負荷に伝送される（図示せす）。
次に、以上のように構成された渦流量計の動作について、図１１から図１３を用いて説明する。
【０００９】
測定流体ＦＬが管路１０の中に流れると、渦発生体１２に矢印Ｆで示した方向にカルマン渦による振動が発生する。
この振動により渦発生体１２には、図１１に示すような応力分布と、この逆の応力分布の繰返しが生じる。
【００１０】
圧電素子１６には、図１１に示す渦周波数を持つ信号応力に対応した電荷十Ｑ、一Ｑの繰返しが生じる。
なお、図１１においては、説明の便宣のため、電極１５或いは１７を紙面に対して左右に２つに分割してある。
【００１１】
一方、管路１０には、ノイズとなる管路振動も生じる。
この管路振動は、
▲１▼ 流体の流れと同じ方向の抗力方向、
▲２▼ 流体の流れとは直角方向の揚力方向、
▲３▼ 渦発生体の長手方向の３方向成分に分けられる。
【００１２】
このうち、抗力方向の振動に対する応力分布は、図１２に示すようになり、ｌ個の電極内で正負の電荷は打ち消されて、ノイズ電荷は発生しない。
また、長手方向の振動に対しては、図１３に示すように、電極内で打ち消されて、抗力方向と同様にノイズ電荷は原則として発生しない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置においては、２つの分極エリアにおいて分極状態が異なったり、圧電素子の固定状態が均一でなかったりすると、それらのノイズは圧電素子単体ではキャンセル出来ずに、振動ノイズとして出力されてしまう。
即ち、図１３において、ＱＬ ≠ＱＲの場合、（ＱＬ−ＱＲ）がノイズとして残ってしまう。
【００１４】
以上のように、抗力方向の振動ノイズは、製造上のバラツキを考えた場合、完全に無くすことができないため、圧電素子に働く抗力方向の応力を低減させる方法がとられる。
【００１５】
図１４は、従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図で、例えば、米国特許５，３９６，８１０号に示されている。
抗力方向の応力を低減させる方法の一例としての従来例の構造図である。
【００１６】
本実施例においては、渦信号を枢軸部材３１からピン３２を介してポスト３３に伝達し、ポスト３３が渦信号に応じて揚力方向に変位し、その変位を圧電素子などのセンサで検出するものである。
【００１７】
信号の伝達途中に抗力方向に剛性をもったピン３２を配置することにより、揚力方向には曲がりやすく、抗力方向に曲がりにくい構造が実現できる。
すなわち抗力方向のノイズ成分が低減されることになる。
【００１８】
このような従来例では、構造が複雑であるため、製造が難しく、コストが高いという問題がある。
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、耐ノイズ特性が向上された渦流量計を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、請求項１の渦流量計においては、
渦発生体により発生するカルマン渦に基づく交番圧力変動を検出して流速流量を測定する渦流量計において、
測定流体が流れる管路と、前記渦発生体に管路の外側より設けられた容器と、この容器内に設けられた圧電素子と、この容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなるように抗力方向の側面両側のみより切り込まれたスリットを有する剛性低減手段を具備したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項２においては、
渦発生体により発生するカルマン渦に基づく交番圧力変動を検出して流速流量を測定する渦流量計において、
測定流体が流れる管路と、前記渦発生体の下流側に設けられた受力体に管路の外側より設けられた容器と、この容器内に設けられた圧電素子と、この容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなるように抗力方向の側面両側のみより切り込まれたスリットを有する剛性低減手段と
を具備したことを特徴とする渦流量計。
【００２１】
本発明の請求項３においては、請求項１又は請求項２記載の渦流量計において、
前記剛性低減手段として、抗力方向の側面両側のみより切り込まれ揚力方向に平行な底を有するスリットが使用されたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の側面図、図３は図１の部品説明図、図４は図３の側面図、図５は図３のＡ−Ａ矢視図である。
【００２４】
図において、図８と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図８と相違部分のみ説明する。
図において、１４は、渦発生体１２に管路１０の外側より設けられた容器である。
圧電素子１６は、この容器１４内に設けられている。
４１は、容器１４に設けられ、容器１４の剛性が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなる剛性低減手段である。
【００２５】
この場合は、容器１４の側面に両側より、抗力方向より切り込まれ揚力方向に平行な底４１１を有するスリットが使用されている。
容器４１の中央部４１２はつながっている状態で、このつなぎ部の幅を変えることにより剛性を変化させることができる。
【００２６】
この結果、圧電素子１６が固定されている容器４１の、抗力方向の剛性が弱くなるため、抗力方向の応力成分を低減させることができ、結果として抗力方向の耐振性を向上させることができる渦流量計が得られる。
【００２７】
図６は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図７は図６の側面図である。
本実施例においては、渦発生体１２とは別に、渦発生体１２より下流に置かれた受力体であるベーン５１により、カルマン渦による交番圧力変動を検出するものである。
ベーン５１で受けた力を曲げ応力として圧電素子１６で検出する。
本実施例においては、渦発生体１２とは別に、渦発生体１２より下流に置かれた受力体であるベーン５１に管路１０の外側より容器１４が設けられている。
この容器１４内に圧電素子１６が設けられている。
４１は、この容器１４に設けられ、この容器１４の剛性が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなる剛性低減手段である。
【００２８】
この場合は、容器１４の側面に両側より、抗力方向より切り込まれ揚力方向に平行な底４１１を有するスリットが使用されている。
容器４１の中央部４１２はつながっている状態で、このつなぎ部の幅を変えることにより剛性を変化させることができる。
【００２９】
この結果、圧電素子１６が固定されている容器４１の、抗力方向の剛性が弱くなるため、抗力方向の応力成分を低減させることができ、結果として抗力方向の耐振性を向上させることができる渦流量計が得られる。
【００３０】
なを、前述の実施例においては、容器１４の側面に、両側より抗力方向より切り込まれ揚力方向に平行な底を有するスリット４１が使用されたことと説明したが、揚力方向に平行な底を有し無くとも良いことは、勿論である。
【００３１】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１又は請求項２によれば、次のような効果がある。
測定流体が流れる管路と、前記渦発生体あるいはこの渦発生体の下流側に設けられた受力体に、管路の外側より設けられた容器と、この容器内に設けられた圧電素子と、この容器に設けられこの容器の剛性が揚力方向より抗力方向の剛性が弱くなる剛性低減手段とが設けられたので、２つの分極エリアにおいて分極状態が異なったり、圧電素子の固定状態が均一でなかったりしても、ノイズが減少出来、耐ノイズ特性が向上された渦流量計が得られる。
【００３３】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
剛性低減手段として、抗力方向の側面両側のみより切り込まれ揚力方向に平行な底を有するスリットが使用されたので、スリットは作り易く、安価な渦流量計が得られる。
【００３４】
従って、本発明によれば、耐ノイズ特性が向上された渦流量計を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の部品説明図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ矢視図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図９】図８の側面図である。
【図１０】図８の電気回路説明図である。
【図１１】図８の動作説明図である。
【図１２】図８の動作説明図である。
【図１３】図８の動作説明図である。
【図１４】従来より一般に使用されている他の従来例の要部構成説明図である。
【符号の説明】
１０管路
１１ノズル
１２渦発生体
１３フランジ部
１４容器
１５共通電極
１６圧電素子
１７電極板
１８絶縁板
１９押圧棒
２１リード線
２５チャージアンプ
３１枢軸部材
３２ピン
３３ポスト
４１スリット
４１１底
４１２中央部
５１ベーン
Ａ端子
Ｂ端子
ＦＬ測定流体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vortex flowmeter with improved noise resistance.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional example that is generally used conventionally, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-020618 (Japanese Patent Application No. 1-033256).
9 is a side view of FIG. 8, FIG. 10 is an electric circuit diagram of FIG. 8, and FIGS. 11 to 13 are explanatory diagrams of the operation of FIG.
[0003]
In the figure, a conduit 10 is a conduit through which the measurement fluid FL flows.
The nozzle 11 is provided at a right angle to the pipe line 10 and has a cylindrical shape.
The vortex generator 12 is inserted at a right angle into the duct 10 while maintaining a gap with the nozzle 11 and has a trapezoidal cross section and forms a column shape.
[0004]
One end of the vortex generator 12 is supported by the pipe line 10, and the other end is passed through the container 14.
The flange portion 13 is fixed to the nozzle 11 by screws or welding.
The container 14 is provided on the flange portion 13 side of the vortex generator 12.
[0005]
In this container 14, a common electrode 15, a piezoelectric element 16, an electrode plate 17, and an insulating plate 18 are arranged in a sandwich shape in this order from the bottom, and these are pressed and fixed by a press rod 19 made of all genera. Has been.
[0006]
Further, a lead wire 21 is drawn out to the terminal A from the electrode plate 17.
In the piezoelectric element 16, the left side and the right side are polarized in opposite directions toward the paper surface, and charges of opposite polarities are generated in the upper and lower electrodes with respect to the stress in the same direction.
[0007]
The electric charge generated in the piezoelectric element 16 is obtained between the terminal A connected to the electrode plate 17 and the pipe line 10 connected via the common electrode 15.
The electric charge generated in the piezoelectric element 16 is input to the charge amplifier 25 as shown in FIG.
[0008]
This flow rate signal is converted into a current output, for example, and transmitted to a load via two wires (not shown).
Next, the operation of the vortex flowmeter configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0009]
When the measurement fluid FL flows into the pipe 10, the vortex generator 12 is vibrated by the Karman vortex in the direction indicated by the arrow F.
This vibration causes the vortex generator 12 to repeat the stress distribution as shown in FIG. 11 and the opposite stress distribution.
[0010]
In the piezoelectric element 16, a charge of 10 Q and 1 Q corresponding to the signal stress having the vortex frequency shown in FIG. 11 is generated.
In FIG. 11, for convenience of explanation, the electrode 15 or 17 is divided into two on the left and right with respect to the paper surface.
[0011]
On the other hand, the pipe line 10 also generates pipe vibration that becomes noise.
This pipe vibration is
(1) Drag direction in the same direction as the fluid flow,
(2) Lift direction perpendicular to the fluid flow,
(3) Divided into three components in the longitudinal direction of the vortex generator.
[0012]
Among these, the stress distribution with respect to the vibration in the drag direction is as shown in FIG. 12, and the positive and negative charges are canceled out within the l electrodes, and no noise charge is generated.
Further, as shown in FIG. 13, the vibration in the longitudinal direction is canceled out in the electrode, and noise charge is not generated in principle as in the drag direction.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a device, if the polarization states are different in the two polarization areas or the fixed state of the piezoelectric element is not uniform, those noises cannot be canceled by the piezoelectric element alone and are output as vibration noise. End up.
That is, in FIG. 13, when QL.noteq.QR, (QL-QR) remains as noise.
[0014]
As described above, since vibration noise in the drag direction cannot be completely eliminated in consideration of manufacturing variations, a method of reducing stress in the drag direction acting on the piezoelectric element is employed.
[0015]
FIG. 14 is a diagram for explaining the configuration of another conventional example that is generally used, and is shown, for example, in US Pat. No. 5,396,810.
It is a structural diagram of a conventional example as an example of a method for reducing the stress in the drag direction.
[0016]
In this embodiment, a vortex signal is transmitted from the pivot member 31 to the post 33 via the pin 32, the post 33 is displaced in the lift direction according to the vortex signal, and the displacement is detected by a sensor such as a piezoelectric element. It is.
[0017]
By arranging the pin 32 having rigidity in the drag direction in the middle of signal transmission, it is possible to realize a structure that is easy to bend in the lift direction and difficult to bend in the drag direction.
That is, the noise component in the drag direction is reduced.
[0018]
In such a conventional example, since the structure is complicated, there is a problem that manufacturing is difficult and cost is high.
An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a vortex flowmeter having improved noise resistance characteristics.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, according to the present invention, in the vortex flowmeter of claim 1,
In a vortex flowmeter that detects alternating pressure fluctuations based on Karman vortices generated by vortex generators and measures flow velocity flow,
A pipe line through which the measurement fluid flows, a container provided on the vortex generator from the outside of the pipe line, a piezoelectric element provided in the container, and a rigidity of the container provided in the container in a drag direction rather than a lift direction It is characterized by comprising rigidity reducing means having slits cut from only both sides of the side in the drag direction so as to reduce the rigidity.
[0020]
In claim 2 of the present invention,
In a vortex flowmeter that detects alternating pressure fluctuations based on Karman vortices generated by vortex generators and measures flow velocity flow,
A pipe through which the measurement fluid flows, a container provided on the force receiving body provided on the downstream side of the vortex generator from the outside of the pipe, a piezoelectric element provided in the container, and a container provided in the container A vortex flowmeter comprising: a rigidity reducing means having slits cut from only both sides of the drag direction so that the rigidity of the container is weaker in the drag direction than in the lift direction.
[0021]
In claim 3 of the present invention, in the vortex flowmeter according to claim 1 or claim 2,
As the rigidity reducing means, a slit having a bottom cut in only from both sides of the drag direction and parallel to the lift direction is used.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a main part configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view of parts of FIG. It is an AA arrow line view.
[0024]
In the figure, the same symbols as those in FIG. 8 represent the same functions.
Only the differences from FIG. 8 will be described below.
In the figure, 14 is a container provided on the vortex generator 12 from the outside of the conduit 10.
The piezoelectric element 16 is provided in the container 14.
41 is a rigidity reducing means provided in the container 14 so that the rigidity of the container 14 becomes weaker in the drag direction than in the lift direction.
[0025]
In this case, a slit having a bottom 411 cut in the drag direction and parallel to the lift direction is used on the side surface of the container 14 from both sides.
With the central portion 412 of the container 41 being connected, the rigidity can be changed by changing the width of the connecting portion.
[0026]
As a result, since the rigidity in the drag direction of the container 41 to which the piezoelectric element 16 is fixed becomes weak, the stress component in the drag direction can be reduced, and as a result, the vortex that can improve the vibration resistance in the drag direction. A flow meter is obtained.
[0027]
FIG. 6 is an explanatory view showing the construction of the main part of another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a side view of FIG.
In this embodiment, the alternating pressure fluctuation due to the Karman vortex is detected by the vane 51 which is a force receiving body placed downstream of the vortex generator 12 separately from the vortex generator 12.
The force received by the vane 51 is detected by the piezoelectric element 16 as a bending stress.
In this embodiment, separately from the vortex generator 12, a container 14 is provided on the vane 51, which is a force receiving body placed downstream from the vortex generator 12, from the outside of the conduit 10.
A piezoelectric element 16 is provided in the container 14.
41 is a rigidity reduction means provided in this container 14, and the rigidity of this container 14 becomes weaker in the drag direction than in the lift direction.
[0028]
In this case, a slit having a bottom 411 cut in the drag direction and parallel to the lift direction is used on the side surface of the container 14 from both sides.
With the central portion 412 of the container 41 being connected, the rigidity can be changed by changing the width of the connecting portion.
[0029]
As a result, since the rigidity in the drag direction of the container 41 to which the piezoelectric element 16 is fixed becomes weak, the stress component in the drag direction can be reduced, and as a result, the vortex that can improve the vibration resistance in the drag direction. A flow meter is obtained.
[0030]
In the above-described embodiment, it has been described that the slit 41 having the bottom parallel to the lift direction is used on the side surface of the container 14 from both sides, but the bottom parallel to the lift direction is used. Of course, it is not necessary to have this.
[0031]
The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to claim 1 or claim 2 of the present invention, the following effects can be obtained.
A pipe through which a measurement fluid flows, a container provided from the outside of the pipe on the vortex generator or a receiving body provided on the downstream side of the vortex generator, and a piezoelectric element provided in the container; Since there is provided a rigidity reducing means provided in the container, the rigidity of the container is lower in the drag direction than in the lift direction, the polarization state is different in the two polarization areas, or the piezoelectric element is fixed in a uniform state. Even if not, noise can be reduced and a vortex flowmeter with improved noise resistance can be obtained.
[0033]
According to claim 3 of the present invention, there are the following effects.
As the rigidity reducing means, a slit having a bottom cut in only from both sides of the drag direction and having a bottom parallel to the lift direction is used. Therefore, an inexpensive vortex flowmeter can be obtained.
[0034]
Therefore, according to the present invention, a vortex flowmeter with improved noise resistance can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a main part configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of components of FIG. 1;
4 is a side view of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a view taken along arrow AA in FIG. 3;
FIG. 6 is an explanatory diagram of a main configuration of another embodiment of the present invention.
7 is a side view of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a main part configuration of a conventional example generally used conventionally.
9 is a side view of FIG. 8. FIG.
10 is an explanatory diagram of the electric circuit of FIG. 8. FIG.
11 is an operation explanatory diagram of FIG. 8. FIG.
12 is an operation explanatory diagram of FIG. 8. FIG.
13 is an operation explanatory diagram of FIG. 8. FIG.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a main part configuration of another conventional example generally used conventionally.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pipe line 11 Nozzle 12 Vortex generator 13 Flange part 14 Container 15 Common electrode 16 Piezoelectric element 17 Electrode board 18 Insulating board 19 Press rod 21 Lead wire 25 Charge amplifier 31 Axis member 32 Pin 33 Post 41 Slit 411 Bottom 412 Center part 51 Vane A Terminal B Terminal FL Measuring fluid

Claims

In the vortex flowmeter that detects the alternating pressure fluctuation based on Karman vortex generated by the vortex generator and measures the flow velocity flow rate,
A conduit through which the measurement fluid flows;
A container provided on the vortex generator from the outside of the pipeline;
A piezoelectric element provided in the container;
Vortex flow rate characterized by comprising a rigidity reducing means provided in this container and having slits cut from only both sides of the side in the drag direction so that the rigidity of the container is weaker in the drag direction than in the lift direction Total.

In the vortex flowmeter that detects the alternating pressure fluctuation based on Karman vortex generated by the vortex generator and measures the flow velocity flow rate,
A conduit through which the measurement fluid flows;
A container provided on the force receiving body provided on the downstream side of the vortex generator from the outside of the pipe;
A piezoelectric element provided in the container;
Vortex flow rate characterized by comprising a rigidity reducing means provided in this container and having slits cut from only both sides of the side in the drag direction so that the rigidity of the container is weaker in the drag direction than in the lift direction Total.

3. The vortex flowmeter according to claim 1 , wherein a slit having a bottom cut in only from both sides of the drag direction and having a bottom parallel to the lift direction is used as the rigidity reducing means.